En AD 2XXX, les gens prolongent leur vie en mécanisant leur corps. Cependant il faut beaucoup d'argent, et Tetsuro et sa mère sont des gens pauvres. La mère de Tetsuro se fait tuer par un chasseur mécanique. Avant sa mort, elle informe son fils de l'existence d'une planète où n'importe qui peut devenir immortel. Un jour, Maetel, femme d'une beauté mystérieuse, offre a Tetsuro un billet saisonnier lui permettant de voyager sur le galaxy express 999 supposé s'arrêter sur la planète "du rêve et de l'espoir", celle ou l'on devient un homme mécanique immortel. Tetsuro observe avec Maetel différents aspects de la vie en s'arrêtant à chaque station du train de l'espace. Mais est-ce ça le véritable bonheur : devenir un homme mécanique immortel ?